[논문 리뷰] Overview of constraints on new physics in rare B decays

David M. Straub|arXiv (Cornell University)|2012. 05. 28.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 14인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 b→s 전이에서의 뉴트럴 플레처링 중성미량 전이를 포함한 새로운 물리(NP)를 제약하기 위해 차원-6 효과적 연산자의 윌슨 계수를 사용하여 희귀 B 붕괴에 대한 모델에 종속되지 않는 분석을 제시한다. 포함형 및 배제형 붕괴 측정치를 조합함으로써 NP 기여에 대한 엄격한 경계를 설정하며, 특히 고-tanβ 초대칭과 같은 모델에서 스칼라/퍼세우스칼라 연산자의 큰 증폭을 배제하는 반면, 반세미-입자 연산자들이 향후 새로운 물리 신호에 대해 타당하다는 것을 보여준다.

ABSTRACT

Recent improved measurements of B decays probing the b->s flavour-changing neutral current have put strong constraints on flavour violation beyond the Standard Model. This talk reviews a model-independent analysis of these decays, which allows to put constraints on dimension-six Delta(F)=1 effective operators. These constraints can be used in turn to test the flavour structure of any theory beyond the SM.

연구 동기 및 목표

• 희귀 B 붕괴에서 b→s 플레처링 중성미량 전이에 관여하는 새로운 물리에 대한 모델에 종속되지 않는 프레임워크를 제공하는 것.
• 포함형 및 배제형 b→sℓ⁺ℓ⁻, b→sγ, Bs→μ⁺μ⁻ 붕괴에 대한 실험 데이터를 사용하여 효과적 해밀토니안 연산자의 윌슨 계수를 제약하는 것.
• 특히 큰 tanβ 또는 오른쪽 손잡이 전류를 가진 모델들에 대해 예측을 현재 실험적 경계와 비교하여 새로운 물리 모델의 타당성을 시험하는 것.
• 미래 실험에서 비표준 CP 위반과 오른쪽 손잡이 전류를 탐지하기 위해 가장 민감한 관측량을 식별하는 것.
• 다양한 새로운 물리 시나리오 하에서 향후 Bs→μ⁺μ⁻ 붕괴율 및 B→K*μ⁺μ⁻의 낮은-q² 각도 관측량에 대한 허용 범위를 예측하는 것.

제안 방법

• 차원-6 ΔF=1 연산자(자기적, 반세미-입자, (진성-)스칼라 유형 포함)를 포함하는 효과적 해밀토니안을 구성하고, 윌슨 계수 C_i 및 C'_i로 매개변수화하는 것.
• B→Xsγ, B→Xsℓ⁺ℓ⁻, B→K*μ⁺μ⁻, B→Kμ⁺μ⁻, Bs→μ⁺μ⁻에서의 실험 데이터를 사용하여 복소 윌슨 계수 C_7, C_9, C_10 및 그 카이랄리티-반전 형태 C'_7, C'_9, C'_10를 제약하는 것.
• 포함형 및 배제형 붕괴 관측량(붕괴율, 전방-후방 비대칭, 각도 분포 포함)을 통합한 글로벌 피팅을 수행하는 것.
• 다양한 새로운 물리 모델(MFV, SM4, SUSY 등)에서 BR(Bs→μ⁺μ⁻)와 BR(Bd→μ⁺μ⁻) 간의 상관관계를 분석하여 모델의 타당성을 평가하는 것.
• 2σ 및 95% 신뢰수준(C.L.) 제약 조건을 사용하여 윌슨 계수의 복소 평면에서 허용 영역을 결정하는 것.
• 다양한 새로운 물리 시나리오 하에서 BR(Bs→μ⁺μ⁻) 및 낮은-q² 각도 관측량(A7, A8, A9, S3)의 허용 범위를 계산하여 향후 감도를 예측하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 현재 희귀 B 붕괴 측정치로부터 b→s 전이에서의 새로운 물리에 대한 가장 강력한 제약는 무엇인가요?
• RQ2 최근 Bs→μ⁺μ⁻ 붕괴율에 대한 경계가 고-tanβ 초대칭 및 기타 새로운 물리 모델의 타당성에 어떤 영향을 미치나요?
• RQ3 비표준 CP 위반 또는 반세미-입자 연산자 내 오른쪽 손잡이 전류는 현재 데이터로 어느 정도 제약를 받을 수 있나요?
• RQ4 B→K*μ⁺μ⁻에서 새로운 물리에 대해 가장 민감한 관측량은 무엇이며, 특히 낮은-q² 영역에서 어떻게 작용하나요?
• RQ5 일반적인 새로운 물리 시나리오 하에서 향후 Bs→μ⁺μ⁻ 및 B→K*μ⁺μ⁻의 각도 관측량에 대한 예측 허용 범위는 무엇인가요?

주요 결과

• 최근 LHCb에서의 BR(Bs→μ⁺μ⁻) < 3.2×10⁻⁹ (95% C.L.) 경계는 스칼라 또는 퍼세우스칼라 연산자에서의 큰 증폭을 강하게 배제하며, 고-tanβ 초대칭 모델의 대부분의 매개변수 공간을 배제한다.
• C_10 또는 C'_10에서의 새로운 물리적 기여는 BR(Bs→μ⁺μ⁻)를 최대 5.6×10⁻⁹까지 증가시킬 수 있으며, 이는 반세미-입자 연산자가 향후 새로운 물리 신호에 대해 여전히 타당하다는 것을 의미한다.
• C_7, C_9, C_10의 실수 부분은 표준모형(SM)과 일치하는 것으로 제약되며, 95% C.L.에서 명백한 부호 전환은 관측되지 않아, 저에너지 효과에서 표준모형이 대부분을 차지할 가능성이 높다는 것을 시사한다.
• 윌슨 계수의 허수 부분은 실수 부분보다 덜 제약을 받는다. 왜냐하면 붕괴율과 CP-평균 관측량에서만 위상 일치하는 새로운 물리가 표준모형 진폭과 간섭하기 때문이다.
• 비표준 CP 위반 존재 시, 낮은-q² 각도 CP 비대칭 A7 및 A8는 각각 최대 ±35% 및 ±20%에 이를 수 있으며, 오른쪽 손잡이 전류 존재 시 S3는 최대 ±15%에 이를 수 있다.
• 일반적인 새로운 물리 시나리오에서, BR(Bs→μ⁺μ⁻)는 95% C.L.에서 <5.5×10⁻⁹로 예측되며, 현재 경계가 반세미-입자 새로운 물리 기여를 탐색하기 시작하고 있음을 보여준다.